Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z Basilejské univerzity ukázali, že kvantové systémy mohou mít i antagonistické (asymetrické) interakce, které lze realizovat pomocí vzájemně spřažených chladných atomů.
Běžné fyzikální interakce jsou symetrické – tedy ne že jedna částice druhou přitahuje a naopak ta druhá je od ní odpuzována. V přírodě ovšem najdeme i takové systémy, třeba když liška honí zajíce (zatímco liška je zajícem přitahována, zajíc je liškou odpuzován, můžeme si představit jako analogii). Fyzikové Tobias Nadolny, Christoph Bruder a Matteo Brunelli z Basilejské univerzity ukázali, že takové antagonistické interakce (A přitahuje B, B odpuzuje A) by teoreticky mohly existovat i v kvantovém světě.
Aby vědci vytvořili kvantově-fyzikální situaci predátora a kořisti, uchýlili se k otevřeným kvantovým systémům. V těch lze kvantovým částicím neustále dodávat energii zvenčí, například ve formě světla, což způsobuje jejich „aktivitu“. Částice se navíc musí vzájemně ovlivňovat určitým způsobem, aby vznikla antagonistická interakce.
Jedním z důsledků je, že kvantový systém nikdy nedosáhne statického klidového stavu, ale je neustále v pohybu. To může vést například ke vzniku časových krystalů, v nichž se určitá dynamika periodicky opakuje, aniž by byl takový rytmus systému přímo vnucen zvenčí.
Podle basilejských vědců by takový otevřený kvantový systém mohl být realizován pomocí atomů, které jsou neustále řízeny laserovým světlem. Dvě prostorově oddělené skupiny takových atomů jsou pak navzájem spřaženy dvěma vlnovody (například optickými kabely) tak, aby se světlo v jednom vlnovodu pohybovalo pouze zprava doleva a v druhém vlnovodu zleva doprava.
Za určitých podmínek to může vést k antagonistické interakci mezi fázemi atomových spinů: fáze ve skupině A se chtějí vyrovnat s fázemi ve skupině B, zatímco fáze ve skupině B se snaží co nejvíce odlišit od fází ve skupině A.
Získané výsledky by mohly například přispět k realizaci obzvláště robustních hodinových strojků v atomových hodinách.
Tobias Nadolny et al, Nonreciprocal Synchronization of Active Quantum Spins, Physical Review X (2025). DOI: 10.1103/PhysRevX.15.011010
Zdroj: University of Basel / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Poznámka: Ovšem je to přece jen něco jiného než současné přitahování a odpuzování. Systémy spinů, které se nedokážou uspořádat (vlastně nemají energetické minimum) známe např. i u spinových skel s jejich chaotickou orientací magnetických momentů.
A k čemu je takový výzkum dobrý? Co přinese lidstvu, další informace pro úzký okruh lidí.?